Imágenes de flujo sanguíneo con Ultrafast Doppler

La evaluación cuantitativa del flujo sanguíneo por ultrasonido es un parámetro extremadamente útil en medicina para la evaluación de muchos órganos. La ecografía Doppler ultrarrápida proporciona una coherencia temporal especial y facilita una mayor sensibilidad para medir pequeñas velocidades de flujo sanguíneo. Tener acceso a la microperfusión abre la puerta a una comprensión más precisa de la perfusión de tumores u órganos, como el cerebro o el corazón.

Para configurar el Doppler Phantom, primero use tubos de plástico para conectar la bomba peristáltica, el depósito de líquido que imita la sangre, el amortiguador de pulso y el Doppler flow Phantom. Seleccione el canal con un diámetro de cuatro milímetros y programe la bomba para expulsar 720 mililitros por minuto de líquido durante 0,3 segundos, seguidos de 0,7 segundos de eyección a 50 mililitros por minuto para imitar las fases cardíacas sistólica y diastólica, respectivamente. A continuación, haga funcionar la bomba y agite suavemente las tuberías para expulsar las posibles burbujas de aire.

Para configurar el escáner de ultrasonido ultrarrápido, utilice el enlace PCI Express para conectar el escáner de investigación ultrarrápido habilitado al ordenador host y cambie el adaptador del transductor del escáner para que coincida con el conector de la sonda. Conecte la sonda y ejecute MATLAB para activar la licencia del escáner de ultrasonidos. Para configurar el programa de secuencia de ultrasonido, establezca la profundidad de imagen en 50 milímetros y la profundidad focal en 35 milímetros.

Para diseñar una secuencia de ultrasonido ultrarrápida, establezca la profundidad de imagen en 50 milímetros, programe tres ondas planas inclinadas a menos tres, cero y tres grados y establezca la frecuencia de repetición de pulsos en 12 kilohercios. A continuación, seleccione cuatro medios ciclos para la forma de onda de ultrasonido, con la frecuencia central ajustada según la sonda utilizada, y ajuste la duración total a un segundo. Cuando se hayan establecido los parámetros de secuencia, aplique gel de ultrasonido a la lente de la sonda y coloque la sonda en el Phantom.

Inicie la secuencia de ultrasonido en modo B y localice el canal de interés. El líquido tendrá un aspecto más oscuro que el tejido circundante. Cambie a la vista longitudinal.

Sin cambiar la posición de la sonda, finalice la secuencia del modo B e inicie el script de adquisición de secuencia ultrarrápido. Una vez finalizada la secuencia, guarde los datos sin procesar y utilice el software predeterminado del sistema de ultrasonido para iniciar el script de construcción de imágenes. Para el filtrado de desorden, utilice el script de MATLAB para remodelar la matriz IQ 3D en una matriz Casorati 2D.

A continuación, utilice la fórmula para calcular la descomposición del valor singular de la matriz y utilice los vectores espaciales singulares para calcular la matriz de similitud espacial C e identificar los límites del subespacio sanguíneo. Utilice el límite del espacio sanguíneo para filtrar los datos de CI. Para calcular el mapa Doppler de potencia, utilice la fórmula para integrar la envolvente de los datos del filtro a lo largo de la dimensión temporal y muestre el mapa Doppler de potencia en una escala logarítmica.

Defina una región circular de interés que contenga de uno a 30 píxeles en la imagen y promedie la señal de datos de filtro sobre los píxeles dentro de la región de interés para obtener un vector para los datos de filtro del número relevante de puntos de tiempo experimentales. Para calcular y mostrar el espectrograma Doppler de estos datos, establezca la ventana de la transformada de Fourier de corto tiempo en una ventana de Hann de 60 muestras, y establezca la superposición de la transformada de Fourier de corto tiempo en el 90% de la longitud de la ventana. A continuación, superponga la frecuencia central en cada punto de tiempo del espectrograma y utilice la fórmula Doppler para convertir los valores de frecuencia en velocidades axiales sanguíneas.

Si se ha adquirido un espectrograma de buena calidad, las velocidades de la sangre se pueden extraer de cualquier región de interés dentro de la imagen. En esta imagen de un cerebro neonato se pueden observar vasos de adquisición con características de flujo muy diferentes, desde pequeñas vénulas corticales y arterias hasta la arteria pericallosa mayor. Aquí, se muestra la capacidad del Doppler ultrarrápido para extraer una señal de flujo sanguíneo en un órgano que se mueve fuertemente como el miocardio.

Aunque demostramos el uso de la descomposición de valores singulares, también se pueden utilizar otros tipos de filtro. El Doppler ultrarrápido nos permite entender mejor la microperfusión. Es una verdadera revolución en la imagen médica.